李永濤，胡 朋，王志謙

(北京郵電大學(xué)a.網(wǎng)絡(luò)技術(shù)研究院;b.網(wǎng)絡(luò)與教育技術(shù)服務(wù)中心，北京 100876)

責(zé)任編輯:閆雯雯

0 引言

中國(guó)有線數(shù)字電視接入和應(yīng)用業(yè)務(wù)正處于良性高速發(fā)展階段。隨著交互業(yè)務(wù)的推廣，業(yè)務(wù)運(yùn)營(yíng)規(guī)模的擴(kuò)大，IPQAM的數(shù)量也在不斷擴(kuò)大，對(duì)QAM資源的使用也日趨復(fù)雜，使用傳統(tǒng)的邊緣資源管理方案，不僅可能造成服務(wù)器資源、帶寬資源大量浪費(fèi)，而且使服務(wù)質(zhì)量難以控制，難以滿足流媒體業(yè)務(wù)需要。為此，筆者提出基于NGOD架構(gòu)的邊緣資源管理的會(huì)話處理方案。

1 NGOD架構(gòu)

下一代視頻點(diǎn)播架構(gòu)NGOD(Next Generation On Demand Video Architecture)，是由有線電視服務(wù)商美國(guó)康卡斯特電信公司(Comcast Corp.)提出的一種網(wǎng)絡(luò)框架結(jié)構(gòu)。針對(duì)邊緣資源的管理，NGOD提出邊緣架構(gòu)的概念，邊緣架構(gòu)如圖1所示。邊緣架構(gòu)中定義的主要模塊有邊緣資源管理器(ERM)，邊緣資源管理重定向器(ERMR)和邊緣設(shè)備(ED)。其中，ERM負(fù)責(zé)管理ED中的QAM資源，ERMR服務(wù)于上層的會(huì)話管理器(SM)，當(dāng)存在多個(gè)ERM時(shí)負(fù)責(zé)ERM的重定向。筆者將主要介紹ERM的功能。

2 邊緣資源會(huì)話管理方案

2.1 邊緣資源管理器

圖1 NGOD系統(tǒng)邊緣架構(gòu)圖

ERM是NGOD架構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)中的一個(gè)模塊，主要用于有效管理和調(diào)度邊緣QAM資源，當(dāng)點(diǎn)播客戶端發(fā)起點(diǎn)播請(qǐng)求時(shí)，通過會(huì)話管理器SM(Session Manager，符合NGOD架構(gòu)的BO中的一個(gè)模塊，用于建立和撤銷會(huì)話)建立一個(gè)會(huì)話，SM則會(huì)向ERM發(fā)起資源請(qǐng)求，ERM則會(huì)收集符合標(biāo)準(zhǔn)的IPQAM的資源信息返回給SM。當(dāng)SM收到資源信息后會(huì)結(jié)合資源的其他情況完成會(huì)話過程，使得視頻服務(wù)器能和IPQAM有效配合完成點(diǎn)播。

2.2 邊緣資源分發(fā)模式

在NGOD架構(gòu)中，ERM有積極和消極兩種資源請(qǐng)求模式。在積極模式中，SM會(huì)發(fā)送包含多個(gè)QAM Name的資源請(qǐng)求給ERM，ERM會(huì)從收到的QAM中根據(jù)一定的算法選擇唯一合適的資源返回給SM，ERM具有決定資源權(quán);在消極模式中，SM發(fā)送包含多個(gè)QAM Name的資源請(qǐng)求給ERM，ERM會(huì)從中根據(jù)算法返回一系列(至少一個(gè))資源信息，并保留這些資源，SM再?gòu)谋Ａ舻馁Y源中根據(jù)其他的資源管理器來選擇其中合適的資源并告知ERM，然后ERM釋放其他不需要的資源。

這兩種分發(fā)模式各有利弊。首先，積極模式的優(yōu)點(diǎn)是SM和ERM的交互過程比較少，對(duì)服務(wù)器維護(hù)會(huì)話鏈接的壓力比較小;積極模式的缺點(diǎn)是因?yàn)橹挥蠸M能和流媒體服務(wù)器進(jìn)行交互，ERM并不能保證返回的唯一QAM資源和流媒體服務(wù)器的鏈接暢通，所以不能保證流媒體服務(wù)器能向指定的QAM推流。相反，悲觀模式彌補(bǔ)了積極模式的缺點(diǎn)，在ERM選擇合適的資源并保留后，SM利用其他資源管理器檢查保留的資源和流媒體服務(wù)器的鏈接是否暢通，再確定最好的資源發(fā)給ERM，這樣就保證了業(yè)務(wù)的完整性;但相對(duì)積極模式，該模式的業(yè)務(wù)流程比較復(fù)雜，對(duì)服務(wù)器的壓力比較大。

一般多服務(wù)運(yùn)營(yíng)商(MSO)要求ERM必須對(duì)這兩種模式都能支持，這樣MSO可以根據(jù)自身流媒體服務(wù)器和邊緣設(shè)備的鏈接情況進(jìn)行選擇，制定最符合自身利益的方案。

2.3 ERM主要接口和業(yè)務(wù)處理流程

2.3.1 S6接口及業(yè)務(wù)處理流程

S6接口用于SM和ERM之間進(jìn)行資源請(qǐng)求的Session信令交互，此接口基于RTSP協(xié)議，應(yīng)包括Setup/Teardown/Announce信令。點(diǎn)播客戶端發(fā)起點(diǎn)播請(qǐng)求時(shí)，SM會(huì)建立會(huì)話，并通過S6接口向ERM發(fā)送資源請(qǐng)求Setup，ERM選擇好合適的資源后會(huì)給SM發(fā)送Response回應(yīng)。

S6接口悲觀模式下會(huì)話Setup流程圖如圖2所示。

圖2 S6接口悲觀模式下會(huì)話Setup流程圖

在悲觀模式下，SM表現(xiàn)為RTSP客戶端和服務(wù)器(具體情況在下面指明)，ERM表現(xiàn)為RTSP代理。具體的消息流程如下:1)SM(這時(shí)SM表現(xiàn)為RTSP客戶端)通過S6接口向ERM發(fā)送資源請(qǐng)求Setup(1)消息，該消息中包括一組QAM的信息和會(huì)話建立所需要的帶寬信息;2)當(dāng)收到SM發(fā)過來的Setup(1)消息后，ERM從Setup(1)消息中解析出QAM名字列表，根據(jù)一定算法從該名字列表中選擇一個(gè)或多個(gè)QAM，并預(yù)留這些QAM資源，最后查詢QAM對(duì)應(yīng)的IP信息并通過Setup(2)消息發(fā)送給SM(這時(shí)SM表現(xiàn)為RTSP服務(wù)器);3)當(dāng)SM收到ERM發(fā)送的Setup(2)消息后，SM通過和點(diǎn)播資源管理器交互檢查ERM選擇QAM和流媒體服務(wù)器的鏈路是否暢通。當(dāng)選擇好最佳的QAM后，SM(這時(shí)SM表現(xiàn)為RTSP客戶端)發(fā)送攜帶QAM IP信息的Setup Response(3)消息給ERM;4)當(dāng)ERM收到SM發(fā)送的Setup Response(3)信息后，ERM確認(rèn)該QAM資源并返回Setup Response(4)消息給SM(這時(shí)SM為RTSP服務(wù)器)，該消息攜帶機(jī)頂盒所需要的頻點(diǎn)和節(jié)目號(hào)信息。

S6接口積極模式下會(huì)話Setup流程圖如圖3所示。

圖3 S6接口積極模式下會(huì)話Setup流程圖

在積極模式下，SM表現(xiàn)為RTSP客戶端，ERM表現(xiàn)為RTSP服務(wù)器。交互過程相對(duì)悲觀模式比較簡(jiǎn)單，具體消息流程如下:1)SM向ERM發(fā)送Setup消息，該消息包括一組QAM的信息和會(huì)話建立所需要的帶寬信息，該消息跟悲觀模式下Setup(1)相同;2)當(dāng)收到SM發(fā)送來的Setup消息后，ERM從解析出的QAM名字列表中根據(jù)一定的算法選擇唯一的QAM資源并確定該資源，最后查詢QAM對(duì)應(yīng)的IP信息和頻點(diǎn)、節(jié)目號(hào)信息，通過Setup Response消息發(fā)送給SM。

會(huì)話建立后，在會(huì)話過程中，ERM也會(huì)實(shí)時(shí)發(fā)送Announce消息給SM反映QAM資源情況。

當(dāng)客戶端發(fā)起中斷點(diǎn)播命令或者出現(xiàn)突發(fā)情況時(shí)，SM也會(huì)發(fā)起Teardown消息給ERM，以告知釋放資源。

S6接口會(huì)話Teardown流程圖如圖4所示。

Teardown具體的消息流程如下:1)SM向ERM發(fā)送Teardown(1)消息;2)ERM作為代理將Teardown(2)消息發(fā)給SM;3)SM收到ERM的Teardown(2)消息，SM釋放通知流媒體服務(wù)器釋放資源，作為確認(rèn)消息向ERM發(fā)送Teardown Response(3)消息;4)ERM收到SM的Teardown Response(3)消息，ERM釋放會(huì)話中的QAM資源，并作為確認(rèn)消息向SM發(fā)送Teardown Response(4)。

圖4 S6接口會(huì)話Teardown流程圖

2.3.2 R6接口及業(yè)務(wù)處理流程

R6接口也是基于RTSP協(xié)議，用于ERM和IPQAM之間的Session信令交互接口，也應(yīng)包括Setup/Teardown/Announce/Get_Parameter/Session keep－alive信令。

當(dāng)SM初始化一個(gè)會(huì)話并要求ERM來建立一個(gè)點(diǎn)播會(huì)話時(shí)，ERM將向邊緣IPQAM發(fā)送一個(gè)會(huì)話建立消息，邊緣IPQAM可以使用R6提供消息信息建立數(shù)據(jù)平臺(tái)，ERM也可要求邊緣IPQAM在沒有被提供節(jié)目的情況下停止數(shù)據(jù)檢查、注入以及流保護(hù)，ERM決定資源不再需要時(shí)也會(huì)通過R6通知IPQAM。

R6接口會(huì)話Setup流程如圖5所示。

圖5 R6接口會(huì)話Setup流程圖

對(duì)于Setup，ERM通過R6和IPQAM進(jìn)行信令交互的過程如下:1)ERM發(fā)送RTSP會(huì)話建立請(qǐng)求給IPQAM，如果超時(shí)將會(huì)發(fā)送teardown;2)IPQAM收到ERM發(fā)送來的RTSP Setup請(qǐng)求;3)ERM接收IPQAM的回應(yīng)，并保存Session ID;4)ERM接收SM發(fā)送的RTSP會(huì)話建立請(qǐng)求;5)ERM發(fā)送RTSP會(huì)話建立請(qǐng)求給IPQAM，并同時(shí)攜帶Session ID和StartChecking消息頭;6)ERM接收RTSP Setup回應(yīng)。

R6接口會(huì)話Teardown流程如圖6所示。

對(duì)于Teardown，ERM通過如下步驟進(jìn)行:1)SM發(fā)送teardown請(qǐng)求，ERM接收;2)ERM完成內(nèi)部處理后回應(yīng)SM;3)ERM告知IPQAM終止會(huì)話;4)ERM接收終止會(huì)話回應(yīng)。

圖6 R6接口會(huì)話Teardown流程圖

另外，在會(huì)話過程中出現(xiàn)問題時(shí)，QAM會(huì)發(fā)送Announce消息給ERM反映QAM資源情況。ERM也可通過Get_Parameter消息獲取會(huì)話的相關(guān)信息，并可通過Ping請(qǐng)求保證會(huì)話的鏈接可靠性。

3 基于NGOD架構(gòu)的ERM改進(jìn)方案

在ERM的實(shí)現(xiàn)過程中，發(fā)現(xiàn)NGOD架構(gòu)中對(duì)會(huì)話消息流中有些異常處理描述的不是很詳細(xì)。例如:在R6協(xié)議中規(guī)定，在ERM向邊緣設(shè)備發(fā)送provision消息后開啟定時(shí)器，如果超時(shí)后未收到response認(rèn)為會(huì)話建立失敗，這時(shí)ERM重發(fā)provision消息并重啟定時(shí)器;如果超時(shí)后收到response也認(rèn)為會(huì)話建立失敗，但這時(shí)邊緣設(shè)備已預(yù)分配QAM資源，因此要求ERM向邊緣設(shè)備發(fā)送teardown消息釋放該資源。在這種情況下，并不能判斷超時(shí)后收到的response消息是先發(fā)送的provision消息的回復(fù)還是超時(shí)后重發(fā)的provision消息的回復(fù)。為了解決這種問題，可以判斷超時(shí)后收到的response消息中的序列號(hào)CSeq與provision消息中的CSeq是否匹配，如果response消息中的CSeq和首先發(fā)送的provision消息中的CSeq匹配，則需要發(fā)送teardown消息把資源釋放掉;如果response消息中的CSeq和重發(fā)的provision消息中的CSeq匹配，如果未超時(shí)則認(rèn)為QAM資源分配成功。

另外，在ERM的實(shí)現(xiàn)過程中，發(fā)現(xiàn)MSO現(xiàn)在采用的業(yè)務(wù)系統(tǒng)有可能不直接提供QAM名字列表，而是提供Service Group的信息，相當(dāng)于提供一組QAM信息，但是在NGOD架構(gòu)中并不存在Service Group的概念，因此并不能在Service Group和QAM名字列表間建立映射關(guān)系。為了實(shí)現(xiàn)ERM對(duì)多業(yè)務(wù)系統(tǒng)的支持，滿足MSO對(duì)ERM支持多業(yè)務(wù)的要求，可采用通過SM查詢ERM的數(shù)據(jù)庫(kù)表并建立自己的映射關(guān)系來解決。

4 結(jié)束語

在NGOD架構(gòu)中利用邊緣資源管理器(ERM)管理邊緣資源，可實(shí)現(xiàn)資源的動(dòng)態(tài)分配，避免了不必要的帶寬浪費(fèi)，能更好地處理用戶的請(qǐng)求，實(shí)現(xiàn)了對(duì)邊緣資源更方便、更高效的管理和使用。ERM還能同時(shí)支持VOD，SDV，M－CMTS等多業(yè)務(wù)系統(tǒng)，為多業(yè)務(wù)間邊緣資源的共享提供了解決方案，有利于有線電視產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

［1］甘育裕，商彬，陳銘灝.視頻點(diǎn)播系統(tǒng)核心設(shè)備研究與設(shè)計(jì)［J］.電視技術(shù)，2007，31(8):63－64.

［2］Comcast Corp.NGOD Overall Architecture Version 2.0［G］.［S.l.］:Comcast Corp，2006.

［3］Comcast Corp.NGOD Edge Architecture Version 2.0［G］.［S.l.］:Comcast Corp，2006.

［4］Comcast Corp.NGOD Session ＆ Edge Resource Interface－S6 Version 2.0［G］.［S.l.］:Comcast Corp，2006.

［5］Comcast Corp.NGOD Edge Resource Interface－R6 Version 2.0 ［G］.［S.l.］:Comcast Corp，2006.

［6］SCHULZRINNE H，RAO A，LANPHIER R.RFC－2326 Real Time Streaming Protocol［S］.1998.

［7］Comcast Corp.NGOD RTSP Usage Specification Version 2.0［G］.［S.l.］:Comcast Corp，2006.

［8］Cable Television Laboratories DOCSIS，Inc.Edge Resource Manager Interface Specification［EB/OL］.(2008－11－12)［2011－01－05］.http://www.cablelabs.com/specifications/CM－SP－ERMI－I03－081107.pdf.